Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2019 Vol.20 No.11 P.1457-1594

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Industrial Internet (Guest Editor: Ming CHEN)

Conceptual model of real-time IoT systems

Bo Yuan, De-ji Chen, Dong-mei Xu, Ming Chen

DOI: 10.1631/FITEE.1900115 Downloaded: 1977 Clicked: 5030 Cited: 0 Commented: 0(p.1457-1464) <Full Text> <PPT> 1364

Chinese summary <29> 實時物(wù)聯網概念模型

摘要：本文介紹一(yī)種特殊物(wù)聯網系統，這種系統同時也是實時系統。我(wǒ)們稱之爲"實時物(wù)聯網系統"。實時物(wù)聯網系統需滿足系統延遲、時鍾同步、截止時間等時間約束。系統中(zhōng)越接近物(wù)理世界的部分(fēn)，其時間限制越嚴格。基于物(wù)聯網參考體(tǐ)系結構（ISO/IEC 30141）建立實時物(wù)聯網概念模型，并引入"邊緣子系統"概念。感知(zhī)控制域是邊緣子系統的基礎。邊緣子系統通常需滿足硬實時約束。該模型包含4種視圖，即時間視圖、計算視圖、通信視圖和控制視圖。每個視圖從不同角度介紹時間參數如何影響實時物(wù)聯網系統。

關鍵詞組：物(wù)聯網；實時系統；概念模型；視角；硬/軟實時

A multi-agent architecture for scheduling in platform-based smart manufacturing systems

Yong-kui Liu, Xue-song Zhang, Lin Zhang, Fei Tao, Li-hui Wang

DOI: 10.1631/FITEE.1900094 Downloaded: 1824 Clicked: 5509 Cited: 0 Commented: 0(p.1465-1492) <Full Text> <PPT> 1414

Chinese summary <28> 一(yī)種面向平台型智能制造系統調度的多智能體(tǐ)架構

摘要：在過去(qù)幾年，一(yī)些智能制造概念相繼被提出，如雲制造、工(gōng)業4.0以及工(gōng)業互聯網。它們共同目的之一(yī)是通過構建彙聚資(zī)源的平台，實現跨企業資(zī)源協同優化配置。在所有這些概念中(zhōng)，一(yī)個完整制造系統包括分(fēn)布式物(wù)理制造系統和一(yī)個包含從物(wù)理制造系統映射的虛拟制造系統平台。我(wǒ)們稱這樣的制造系統爲平台型智能制造系統。因此，一(yī)個平台型智能制造系統可看作一(yī)個規模巨大(dà)的信息物(wù)理系統，其中(zhōng)信息部分(fēn)是平台而物(wù)理部分(fēn)是相應物(wù)理制造系統。對一(yī)個平台型智能制造系統而言，一(yī)個重要問題是如何實現彙聚資(zī)源的優化調度。多智能體(tǐ)技術爲該問題的解決提供了一(yī)種有效方法。本文提出一(yī)個面向平台型智能制造系統調度的多智能體(tǐ)架構，包括平台層次的調度多智能體(tǐ)系統和企業層次的調度多智能體(tǐ)系統。提出平台型智能制造系統調度的流程、特征和需求。基于上述架構，提出一(yī)個面向平台型智能制造系統的調度模型。通過案例，驗證了所提架構和模型的有效性。

關鍵詞組：平台；智能制造；多智能體(tǐ)；調度

Framework and case study of cognitive maintenance in Industry 4.0

Bao-rui Li, Yi Wang, Guo-hong Dai, Ke-sheng Wang

DOI: 10.1631/FITEE.1900193 Downloaded: 1934 Clicked: 5334 Cited: 0 Commented: 0(p.1493-1504) <Full Text> <PPT> 1459

Chinese summary <28> 工(gōng)業4.0中(zhōng)認知(zhī)維護框架與案例研究

摘要：提出一(yī)種基于信息物(wù)理系統和先進人工(gōng)智能技術的認知(zhī)維護（CM）框架。CM系統架構集成了智能深度學習方法和智能決策技術，可服務于尖端設備的專業維護人員(yuán)。該系統将爲實時在線維護任務提供技術解決方案，避免因設備故障導緻的停機，确保設備和制造資(zī)産的持續健康運行。CM實現框架由信息物(wù)理系統、物(wù)聯網、數據挖掘和服務互聯網4個模塊組成。在數據挖掘模塊中(zhōng)，采用深度學習方法實現故障診斷和預測。在實例分(fēn)析中(zhōng)，以尖端機床側隙誤差爲例。利用一(yī)個深度置信網絡預測機床側隙誤差，預測機床可能發生(shēng)的故障，實現機床的CM策略。通過案例分(fēn)析，探讨了在尖端設備上實施CM的意義，并驗證了CM實施框架。最後總結了CM系統在制造企業的一(yī)些應用經驗。

關鍵詞組：認知(zhī)維護；工(gōng)業4.0；尖端設備；深度學習；綠色監視器；智能制造工(gōng)廠

Research Articles

Power system design for constant current subsea observatories

Yan-hu Chen, Sa Xiao, De-jun Li

DOI: 10.1631/FITEE.1800362 Downloaded: 2113 Clicked: 5570 Cited: 0 Commented: 0(p.1505-1515) <Full Text> <PPT> 1395

Chinese summary <22> 恒流海底觀測網絡的電能系統設計

摘要：恒流電能傳輸因其對短路故障有較高魯棒性，被認爲是海底觀測網的理想選擇。我(wǒ)們計劃在中(zhōng)國東海建造一(yī)套恒流海底觀測網系統。研究了用于科學實驗的恒流海底觀測網系統，并深入研究其電源系統及散熱系統。恒流電源系統與傳統恒壓電源系統有很大(dà)不同，其電源轉換技術具有一(yī)定挑戰性。在電源轉換系統中(zhōng)采用功率補償電路，消耗多餘功率，爲用戶提供恒定的48V輸出。提出一(yī)種過壓保護以及對接線盒實時監視和控制的電源管理系統。考慮到電能系統工(gōng)作在水下(xià)密封環境中(zhōng)，設計了一(yī)種新型接線盒散熱結構，延長接線盒使用壽命。仿真和實驗結果表明，該系統在長期工(gōng)作中(zhōng)有較高效率和穩定性。

關鍵詞組：海底觀測網；電能變換；散熱

Design, development, and performance of an ammonia self-managed vaporization propulsion system for micro-nano satellites

Shu-jian Sun, Tao Meng, Zhong-he Jin

DOI: 10.1631/FITEE.1800068 Downloaded: 2804 Clicked: 6167 Cited: 0 Commented: 0(p.1516-1529) <Full Text> <PPT> 1431

Chinese summary <24> 面向微納衛星自主汽化管理液氨推進系統的設計、研制和測試

摘要：提出一(yī)種面向微納衛星的自主汽化管理液氨推進系統。相比常規冷氣或液化氣推進系統，提出多路平行篩孔式汽化裝置和對應汽化控制方法。所提方案有效解決了液氨高汽化潛熱和不易完全汽化的問題，從而發揮液氨推進劑高貯存密度和高比沖性能優勢。此外(wài)，重點分(fēn)析自主汽化管理液氨推進系統的工(gōng)作流程及其涉及的物(wù)理化學過程和數學模型。綜合考慮推力表現和能源效率，提出最優系統推力控制策略。地面測試表明，自主汽化管理液氨推進系統總重1.8 kg（包含0.34 kg液氨推進劑），比沖達到100 s，系統功耗在10 W以下(xià)。自主汽化管理液氨推進系統具有高比沖、低功耗、可實現性強、推力輸出均一(yī)穩定等特點，适合微納衛星在軌應用。

關鍵詞組：自主汽化管理；液氨；毫牛量級推進技術；微推力；高精度軌道控制；微納衛星

Complete coverage path planning for an Arnold system based mobile robot to perform specific types of missions

Cai-hong Li, Chun Fang, Feng-ying Wang, Bin Xia, Yong Song

DOI: 10.1631/FITEE.1800616 Downloaded: 2169 Clicked: 6292 Cited: 0 Commented: 0(p.1530-1542) <Full Text> <PPT> 1570

Chinese summary <22> 特殊任務下(xià)基于Arnold系統的移動機器人全覆蓋路徑規劃

摘要：基于Arnold動力學系統，提出一(yī)種壓縮變換方法進行特殊任務下(xià)的移動機器人全覆蓋路徑規劃。首先，将Arnold系統中(zhōng)的z變量與機器人運動學方程結合，構造混沌機器人。其次，利用混沌機器人中(zhōng)能夠産生(shēng)較高覆蓋率的初始值構造候選集。然後，根據設計的收縮變換方法将軌迹收縮到機器人當前位置，形成連續全覆蓋軌迹，以執行特殊任務。與傳統方法相比，該算法不需要對給定工(gōng)作場所的邊界進行避障，具有較高覆蓋率，且産生(shēng)的覆蓋軌迹混沌特性基本不變，使機器人能夠以全覆蓋、随機或不可預測的規劃路徑完成特殊任務。

關鍵詞組：混沌機器人；Arnold動力學系統；壓縮變換；全覆蓋遍曆路徑；候選集

Grazing incidence polarized light imaging of footwear prints

Xin-yi Bi, Rui-fang Han, Ran Liao, Wu-sheng Feng, Da Li, Xue-jie Zhang, Hui Ma

DOI: 10.1631/FITEE.1800383 Downloaded: 2005 Clicked: 5108 Cited: 0 Commented: 0(p.1543-1550) <Full Text> <PPT> 1374

Chinese summary <21> 掠入射偏振光足迹成像

摘要：足迹作爲刑事偵查的重要證據，能反映地面形貌受細小(xiǎo)顆粒分(fēn)布的影響産生(shēng)的變化。現有非接觸式光學檢測方法通過測量足迹與地面光強對比度辨别足迹。引入掠入射照明模式能夠增強二者對比度。本文使用普通商(shāng)用彩色相機對不同類型地面的足迹進行偏振成像。結果表明，在相機鏡頭前和光源前端放(fàng)置線偏振片，能有效提高足迹成像對比度，其中(zhōng)水平線偏振對對比度提升效果最爲明顯。通過相機3個顔色通道檢測偏振圖像光譜特征，實驗結果表明藍(lán)色通道下(xià)獲得最大(dà)對比度。掠入射偏振光成像能有效增強足迹與地面對比度，爲刑事偵查中(zhōng)提取足迹提供有力支撐。

關鍵詞組：偏振；圖像增強；散射；粒子

Mini-batch cutting plane method for regularized risk minimization

Meng-long Lu, Lin-bo Qiao, Da-wei Feng, Dong-sheng Li, Xi-cheng Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1800596 Downloaded: 1790 Clicked: 5010 Cited: 0 Commented: 0(p.1551-1563) <Full Text> <PPT> 1532

Chinese summary <20> 正則風險最小(xiǎo)化的小(xiǎo)批量割平面法

摘要：雖然最近求解非凸問題的研究十分(fēn)熱門，尤其在機器學習需要可解釋性模型情況下(xià)，凸優化仍然重要。求解凸問題可得到全局最優解，故而最終模型可用數學方法解釋。通常爲防止過度拟合，凸問題被重新描述爲一(yī)個正則風險最小(xiǎo)化問題。無論目标函數是否可微，割平面法是求解凸問題最佳方法之一(yī)。然而，割平面法及其變體(tǐ)無法充分(fēn)應對大(dà)規模密集型數據，因爲這些算法每次叠代都需訪問整個數據集，大(dà)大(dà)增加了計算負擔和内存成本。爲解決這一(yī)問題，提出一(yī)種新的小(xiǎo)批量割平面法。該算法通過對小(xiǎo)批量采樣數據進行計算，得到估計切割平面用于叠代，使其能處理大(dà)規模數據。此外(wài)，小(xiǎo)批量割平面法使用“sink”算子檢測和調整噪聲估計以保證收斂性。在大(dà)量實際數據集上的數值實驗證明了小(xiǎo)批量割平面法有效性，收斂速度優于正則風險最小(xiǎo)化的bundle法和普遍使用的随機梯度下(xià)降法。

關鍵詞組：機器學習；優化方法；梯度法；割平面法

An error recognition method for power equipment defect records based on knowledge graph technology

Hui-fang Wang, Zi-quan Liu

DOI: 10.1631/FITEE.1800260 Downloaded: 1972 Clicked: 6227 Cited: 0 Commented: 0(p.1564-1577) <Full Text> <PPT> 1313

Chinese summary <20> 基于知(zhī)識圖譜技術的電力設備缺陷記錄錯誤識别方法

摘要：爲實時檢測缺陷記錄的錄入錯誤，提出一(yī)種基于知(zhī)識圖譜技術的電力設備缺陷記錄錯誤識别方法。針對電力缺陷文本特點，通過優化構建知(zhī)識圖譜的一(yī)般流程，提出利用現有電力設備缺陷記錄語料構建電力設備缺陷知(zhī)識圖譜的方法。然後，基于所構建的知(zhī)識圖譜，針對電力設備缺陷記錄的各種錯誤類型，提出利用圖搜索識别缺陷記錄錯誤。最後，對比所提方法和機器學習方法在缺陷記錄錯誤識别上的查準率、查全率、F₁分(fēn)數、準确率和效率，并分(fēn)析影響各種方法錯誤識别效果的因素。比較結果表明，所提方法在缺陷記錄錯誤識别效果上有明顯優勢，識别效率滿足實時性要求。

關鍵詞組：錯誤識别；電力設備缺陷記錄；知(zhī)識圖譜；機器學習

Nanoscale cryptographic architecture design using quantum-dot cellular automata

Bikash Debnath, Jadav Chandra Das, Debashis De

DOI: 10.1631/FITEE.1800458 Downloaded: 2604 Clicked: 5004 Cited: 0 Commented: 0(p.1578-1586) <Full Text>

Chinese summary <22> 基于量子點元胞自動機的納米級加密結構設計

摘要：基于密碼學的量子點元胞自動機（QCA）是納米技術領域新範例，在整體(tǐ)性能上優于傳統互補金屬氧化物(wù)半導體(tǐ)（CMOS）技術。爲保障納米通信的數據安全，提出一(yī)種基于量子元胞自動機的安全通信系統。利用設計的電路對輸入數據加密，通過納米路由器和數據路徑選擇器将其傳到輸出通道，然後将數據解密，恢複其原始形式。實驗結果和理論推導證明了電路的準确性。此外(wài)，分(fēn)析了電路功耗和複雜(zá)性。

關鍵詞組：量子點元胞自動機（QCA）；多數決定門密碼學；加密；解密；納米級路由

A novel method for PAPR reduction of the OFDM signal using nonlinear scaling and FM

Yi-hu Xu, Jung-Yeol Oh, Zhen-hao Sun, Myoung-Seob Lim

DOI: 10.1631/FITEE.1800438 Downloaded: 2193 Clicked: 5419 Cited: 0 Commented: 0(p.1587-1594) <Full Text> <PPT> 1481

Chinese summary <20> 一(yī)種基于非線性縮放(fàng)和調頻(pín)技術的抑制OFDM信号峰均比方法

摘要：正交頻(pín)分(fēn)複用（OFDM）是第4代移動通信系統的基本傳輸技術，在頻(pín)率選擇性衰弱信道環境下(xià)具有非常高的傳輸能力。然而，非恒定包絡信号引起的高峰均比（PAPR）是OFDM系統主要缺點之一(yī)。OFDM的高峰值信号通過非線性放(fàng)大(dà)器時失真，導緻誤碼率下(xià)降。很多關于抑制PAPR的研究都以增加帶寬或減少吞吐量爲代價，以彌補抑制峰均比所需開(kāi)銷。本文提出一(yī)種基于非線性縮放(fàng)技術的抑制峰均比方法，有效縮放(fàng)峰值高于非線性放(fàng)大(dà)器阈值的信号，并通過調頻(pín)技術将縮放(fàng)時隙位置和縮放(fàng)比例信息結合在OFDM信号，減少傳輸所需附加帶寬。仿真結果表明，與傳統方法相比，所提方法具有更低峰均比，且誤碼率性能更佳。

關鍵詞組：正交頻(pín)分(fēn)複用；峰均比；非線性縮放(fàng)；調頻(pín)技術